DE691624C - Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises, insbesondere zur Regelung einer in einem Überlagerungsempfänger erzeugten Oszillatorfrequenz.

Es ist bekannt, daß beim Gebrauch solcher Geräte durch unkontrollierbare Einflüsse aus der Schaltung selbst sich manchmal gewisse Veränderungen der Abstimmung während der Benutzung ergeben, die ein Nachstimmen der Kreise von Zeit zu Zeit erforderlich machen. Auch kann von vornherein durch den Benutzer die Abstimmung etwas fehlerhaft eingestellt sein, so daß sich nicht die größtmögliche Verstärkung und optimale Wiedergabe ergeben. Häufig ist es auch der Fall, daß die Frequenz der aufzunehmenden Sendestelle etwas schwankt, wodurch die gleichen Fehler in bezug auf Verstärkung und Wiedergabegüte entstehen.
. Es bestand daher beim Gebrauch solcher Geräte schon lange der Wunsch, Schaltungen aufzufinden, die dazu geeignet sind, solche Abstimmungsfehler automatisch zu korrigieren. Man hat dazu den Vorschlag gemacht, durch eine von den Empfangsschwingungen selbst abgeleitete elektrische Regelgröße Impedanzen zu beeinflussen, die innerhalb des zu regulierenden Kreises angeordnet sind und diese Abstimmung in dem gewünschten Sinne beeinflussen. Besonders wichtig ist die Anwendung derartiger Korrektionsschältungen beim Oszillatorschwingungskreis eines Superheterodynempfängers, weil bei einem solchen Empfänger der Oszillatorkreis im

wesentlichen die richtige oder falsche Abstimmung des ganzen Empfängers bestimmt. Auch treten gerade bei den frequenzbestimmenden Kreisen von Hochfrequenzgeneratoren leicht Verstimmungen und damit Wander^g" gen der erzeugten Frequenz auf, -weil q|p.: elektrischen Eigenschaften der Generator^; röhre in gewisser Weise in die Konstanten des frequenzbestimmenden Kreises mit eingehen und infolge schwankender Betriebsspannungen oder ähnlicher Einflüsse gewissen Veränderungen unterworfen sind.

Die Wirkungsweise der bekannten Schaltungen war hauptsächlich aus dem Grunde »5 unbefriedigend, weil die Regelwirkung unter dem -Einfluß einer bestimmten Größe der zugeführten Regelspannung oberhalb und unterhalb der fest eingestellten Resonanzfrequenz des Kreises nicht gleichmäßig war. ao Die Ursache dieser unsymmetrischen Regelwirkung kann man leicht verstehen, wenn man bedenkt, daß bei einer Regelung der Kreiskapazität jeweils nach einer gewissen Änderung dieser Kapazität die weiteren *5 Schritte der Regelung sich von einem anderen Grundwert der Kreiskapazität vollziehen als der erste Schritt der Regelung. Die Regelcharakteristik, welche ,die Abstimmungsfrequenz in'Abhängigkeit von der zugeführten Größe der Regelspannung darstellt, weist daher eine starke Krümmung auf. In einer bekannten Schaltung wird der analoge Fall einer Abstimmungsregelung durch Veränderung der Induktivität des Kreises praktisch durchgeführt. Diese bekannte Schaltung enthält zwei Detektorröhren, die von den Frequenzabweichungen nach oben und unten ab-' hängige Gleichspannungen liefern und eine von diesen Spannungen beeinflußte Kopplungseinrichtung, die mit der Induktivität des Oszillators gekoppelt ist, so daß also nur die induktive Komponente des Oszillatorschwingungskreises verändert wird. Auch bei dieser Schaltung muß notwendigerweise die Wirksamkeit der Regelung oberhalb und unterhalb der Grundabstimmung des Oszillatorkreises verschieden sein, denn die Regelung unterhalb der Grundabstimmungsstelle vollzieht sich schon bei einer etwas anderen Größe .der im Kreis vorhandenen Induktivität ' als die Regelung oberhalb der ■Grundabstimmungsstelle.

Die Erfindung hat nun das Ziel, diesen Mangel bekannter Schaltungen zu vermeiden und eine nach beiden Seiten von der Grundfrequenz aus symmetrische Regelwirkung zu ergeben.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zu beeinflussende Sehwingungskreis elektrische Nebenschlüsse zumindestens je einem Teil seines induktiven und kapazitiven Zweiges enthält und daß Mittel vorgesehen sind, um die Widerstände dieser Nebenschlüsse gleichzeitig in entgegengesetztem Sinne zu ändern, so daß sich die .^-wirksame Induktivität und Kapazität des "Kreises miteinander in gleichem Sinne Rindern. Der Schwingungskreis ist also bei der Schaltung nach der Erfindung in bezug auf die Regelung hinsichtlich seiner kapazitiven und induktiven Elemente symmetrisch aufgebaut, da die Regelung an dem frequenzbestimmenden Kreis an Impedanzen beider Arten vollzogen wird, so daß sich beide im gleichen Sinne ändern und * das Verhältnis der Induktivität zur Kapazität praktisch konstant bleibt.

Die Anwendung der Erfindung ist keineswegs auf die frequenzbestimmenden Schwingungskreise der Oszillatoren von Überlagerungsempfängern oder überhaupt auf Kreise von Generatoren beschränkt. Das Problem der Abstimmungsregelung mit gleichem Verlauf der beiden Äste der Regelkennlinie unterhalb und oberhalb der mittleren Frequenz liegt natürlich auch bei einem Hochfrequenzverstärkef vor, dessen abgestimmter Kopplungskreis durch eine Frequenzregelung beeinflußt werden soll. Auch bei mehreren aufeinanderfolgenden abgestimmten Verstärkersiufen läßt sich die Erfindung mit den gleichen Vorteilen anwenden. Man erkennt, daß die grundlegenden Vorteile der Erfindung, nämlich die Gleichheit der Regelwirkung für Abstimmungsfehler in den beiden möglichen Richtungen der Abweichung und die verbesserte Konstanz des Verhältnisses der Induktivität zur Kapazität, für die Erfindung ganz allgemeine Anwendungsmöglichkeiten schaffen. Es sei auch hingewiesen auf den speziellen Fall der Anwendung bei der Frequenzmodulation in Sendereinrichtungen zur Verbesserung der Modulationskennlinie. In Fig. ι ist eine Ausführungsform der Erfindung bei einem Superheterodyneempfänger dargestellt, der einen abstimmbaren Hochfrequenzkanal 12 mit der Antenne 10 und Erde 11 besitzt. Auf den Hochfrequenzkanal 12 folgen der erste Frequenzwandler 13, der erste Zwischenfrequenzkanal 14, der zweite Frequenzwandler 15, der zweite Zwischenfrequenzkanal 16, der Detektor und Regelspannungserzeuger 17, der Niederfrequenzverstärker 18 und der Lautsprecher 19. Der erste Frequenzwandler 13 ist abstimmbar und enthalt einen Oszillator und ersten Modulator; der Oszillator wird zusammen mit der Abstimmung des Hochfrequenzkanals 12 mittels einer Einknopfbedienung abgestimmt, welche durch die gestrichelte Linie 22 angedeutet ist. Der zweite Frequenzwandler 15 ist nicht vom Benutzer abstimmbar und ent-

hält den zweiten Modulator 23 sowie den nicht abstimmbaren Oszillator 24, dessen Schwingungsfrequenz einer besonderen Regelung unter Benutzung der Erfindung unterworfen ist.

Um die zweite Zwischenträgerfrequenz auf der normalen Arbeitsfrequenz des zweiten Zwischenfrequenzkanals 16 zu halten, ist an diesen zweiten Zwischenfrequenzkanal die Selektionseinrichtung 26 angeschaltet, welche mit dem Frequenzregelgerät 27 verbunden ist, das innerhalb bestimmter Grenzen die Frequenz des Oszillators 24 regelt.

Die Einrichtung 26 enthält zwei ab- >5 gestimmte Kreise 31 und 32, die vom zweiten Zwischenfrequenzkanal 16 gespeist werden. Die beiden abgestimmten Kreise 31 und 32 sind auf Frequenzen unterhalb und oberhalb der normalen Arbeitsfrequenz, in diesem Beispiel der mittleren! Bandfrequenz des zweiten Zwischenfrequenzkanals scharf abgestimmt und mit den Diodengleichrichtern 33 und 34 verbunden. Die Belastungskreise der Gleichrichter 33 und 34 enthalten die parallel geschalteten Kondensatoren und Widerstände 35, 37 und 36, 38, wobei die Gleichrichterkathoden geerdet sind.

Der nicht abstimmbare Oszillator 24 kann von gebräuchlicher Art sein. In der dargestellten Anordnung liegt der Schwingungskreis 50 im Gitterkathodenkreis der Röhre 51, deren Anodenkathodenkreis die Induktivität 52 enthält, durch welche der Anodenkreis auf - eine Frequenz oberhalb der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises 50 abgestimmt ist. Der Oszillator ist mit der Gitterdrossel 54, dem Kopplungskondensator 53 und mit dem Rückkopplungskondensator SS zwischen Anoden- und Gi.tterkreis versehen. Der Schwingungskreis des Oszillators 24 enthält mindestens vier Impedanzelemente, von welchen ' wenigstens - zwei in entgegengesetzten Zweigen des Kreises zwischen den Ausgangsverbindungen 57, 58 Reaktanzelemente entgegengesetzter Art sind. In der gezeigten Anordnung enthält der Schwingungskreis 50 vier Reaktanzelemente, zwei der einen Art in dem einen Zweig und zwei 'der anderen Art im anderen. Bei der normalen Resonanzfrequenz des Schwingungskreises hat jedes von zwei Reaktanzelementen entgegengesetzter Art und in entgegengesetzten Zweigen des Schwingungskreises eine Reaktanz, welche nicht größer ist als ein kleiner Bruchteil der gesamten Reaktanz in dem entsprechenden Glied des Schwingungskreises und welche größenordnungsmäßig gleich der Reaktanz des entsprechenden Elementes der entgegengesetzten Art ist. Der Schwingungskreis 50 enthält zwei in Reihe geschaltete Induktivitäten L₁, L₂ und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C₁, C₂. Die Induk-. tivität L₂ ist ein kleiner Teil der gesamten Schwingungskreisinduktivität, und <die kapazitive Reaktanz des Kondensators C₂ ist bei der normalen Resonanzfrequenz des Schwingungskreises 50 im wesentlichen gleich der induktiven Reaktanz der Induktivität L₂.

Der Schwingungskreis 50 ist somit inbezug auf die Ausgangsverbindungen 57, 58, welche Punkte maximaler Spannungsdifferenz sind, elektrisch symmetrisch aufgebaut. Der Ausdruck elektrisch symmetrisch wird hier verwendet, um einen abgestimmten Kreis zu kennzeichnen, in welchem die Impedanzen der beiden parallelen Zweige zwischen den Bezugspunkten bei der Resonanzfrequenz des Kreises im .wesentlichen gleiche Werte und entgegengesetzten Phasenwinkel haben. Außerdem sind die Impedanzen des Schwingungskreises 50 so bemessen und angeordnet, daß der Punkt 59 (Verbindung von L₁, L₂) in dem einen Zweig des Kreises elektrisch dem Punkt 60 (Verbindung von C₁, C₂) in dem anderen Zweig des Kreises entspricht. Der Ausdruck elektrisch entsprechende Punkte in den Zweigen eines abgestimmten Kreises wird hier gebraucht für zwei Punkte, bis zu welchen die Impedanzen von einer Anschlußverbindung der beiden Zweige aus gerechnet bei der Resonanzfrequenz des Kreises im wesentlichen gleiche Werte und entgegengesetzte Phasenwinkel haben.

Um die Frequenz des Oszillators 24 mittels der Selektionseinrichtung 26 zu steuern, ist das Frequenzsteuergerät 27 vorgesehen, das die Röhre 63 enthält, die über den Blockkondensator 65 parallel zur Induktivität L₂ geschaltet ist und die Röhre 64, die über den Blockkondensator 66 parallel zum Kondensator C₂ geschaltet ist. Die Spannungsquelle 78 ist mit den Anodenkreisen der Röhren 63 und 64 über die Drosselspulen 67 und 68 verbunden. Die Gitter der Röhren 63 und 64 sind mit den zugehörigen Widerständen 37 und 38 verbunden und erhalten auf diese Weise Vorspannungen, die sich entsprechend dem Schwingungsstrom in den scharf abgestimmten Kreisen 31 und 32 ändern. Die Gitterkreise der Röhren 63 und 64 können mit den. Filterteilen 71, 73 und 72, 74 versehen sein.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung zur Frequenzregelung soll zuerst vorausgesetzt werden, daß der Hochfrequenzkanal 12 genau auf die Frequenz des gewünschten Zeichens abgestimmt ist, daß der abstimmbare Oszillator des ersten Frequenzwandlers 13 richtig abgestimmt ist und Schwingungen von solcher Frequenz erzeugt, daß die Frequenz der ersten Zwischenfrequenzträgerwelle auf der mittleren Frer

quenz des ersten Zwischenfrequenzkanals 14 liegt und daß der nicht abstimmbare Oszillator 24 Schwingungen solcher Frequenz erzeugt, daß die Frequenz der zweiten Zwischenf requenzträgerwelle auf der mittleren Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzkanals 16 liegt. Unter diesen Voraussetzungen ist die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers um so viel unterhalb der Resonanzfrequenz des scharf abgestimmten Kreises 32, wie sie oberhalb der Resonanzfrequenz des scharf abgestimmten Kreises 31 ist. Die Gegenwirkungen dieser abgestimmten Kreise sind auf diese Weise in der Größenordnung gleich, .so daß gleiche Spannungen an den Widerständen 37 und 38 auftreten und gleiche negative Vorspannungen an die Steuergitter der Röhren 63 und 64 gelangen. Unter diesen Bedingungen sind die Widerstände der Nebenschlüsse zu L₂ und C₂ gleich; die reine induktive Reaktanz im Schwingungskreis 50, abhängig von der überbrückten Induktivität L₂, ist der reinen kapazitiven Reaktanz im Schwingungskreis, abhängig von dem überbrückten Kondensator C₂, gleich; .der Oszillator 24 wirkt in seiner normalen Frequenz, und ' die zweite Zwischenträgerfrequenz liegt genau auf der mittleren Frequenz des Kanals 16.

Es sei nun vorausgesetzt, daß die Trägerfrequenz im zweiten Zwischenfrequenzkanal 16 dazu neigt, sich von der Mitte zu verschieben. Z. B. kann die Oszillatorfrequenz des Frequenzwandlers 13 unter ihren richtigen Wert verschoben werden. Die Frequenz des ersten Zwischenfrequenzträgers fällt dann unterhalb der mittleren Frequenz des Kanals 14 um den gleichen Betrag, vorausgesetzt, daß die Frequenz des abstimmbaren Oszillators oberhalb der Frequenz des empfangenen Zeichens liegt. Die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers neigt dann_ dazu, unterhalb der mittleren Frequenz des Kanals 16 zu fallen, vorausgesetzt, daß die Frequenz des nicht 'abstimmbaren Oszillators 24 unterhalb der Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers liegt.

Wenn die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers sich der Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises 31 nähert und sich von der Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises 32 entfernt, werden die Ströme der beiden Kreise unausgeglichen, und an den Widerständen 37 und 38 werden ungleiche Spannungen entwickelt. Die negativen Vorspannungen an den Steuergittern der Röhren 63 und 64 sind dann gleichfalls unausgeglichen, wobei angenommen sei, daß das Steuergitter der Röhre 63 die größere negative Vorspannung erhält. Der Widerstand des Neben-Schlusses zu L₂ wird daher größer, und der Widerstand des Nebenschlusses zu C wird geringer. Als Folge werden die wirksame Induktivität von L₂ und wirksame Kapazität von C₂ erhöht, so daß der Oszillator 24 auf diese Weise in einer entsprechend herabgesetzten Frequenz schwingt. Durch geeignete Wahl der Kreiselemente kann diese Frequenzherabsetzung so bemessen werden, daß sie sich sehr nahe an die Frequenzabnahme des zweiten Zwischenfrequenzträgers annähert. Auf diese Weise wird die zweite Zwischenfrequenz ziemlich gut konstant gehalten.

Es ist klar, daß, wenn die Frequenzverschiebung der Trägerwelle im Kanal 16 durch Verschiebung des nicht abstimmbaren Oszillators 24 oder durch Verstimmung des Empfängers oder irgendeinem anderen Grund erzeugt wird, die Frequenzregeleinrichtungen 26 und 27 derartige Verschiebungen in ähnlicher Weise ausgleichen. ■

Die automatische Frequenzregelung des zweiten Zwischenfrequenzträgers ist auch unabhängig von seiner Amplitude· wenn die Amplitude der Trägerwelle über einen gegebenen Wert ansteigt oder unter ihn abfällt, werden die negativen Vorspannungen an den Steuergittern der Röhren 63 und 64 gleichzeitig in demselben Sinne und im gleichen Ausmaß verändert, die wirksame Induktivität von L₂ und die wirksame Kapazität von C₂ werden jedoch im entgegengesetzten Sinne variiert. Die sich ergebenden Wechsel in den wirksamen Reaktanzen der Zweige des Schwingungskreises sind auf diese Weise gleich und entgegengesetzt, und die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises 50 bleibt daher im wesentlichen unverändert.

Um die genaue Abstimmung eines Empfängers mit automatischer Frequenzregelung zu erleichtern, können Abstimmungsanzeiger vorgesehen werden. Obgleich eine genaue Abstimmung nicht nötig ist, um mit einem derartigen Empfänger befriedigenden Empfang zu erhalten, sind diese zuweilen vorteilhaft und helfen zur Erleichterung bei der Betätigung des Empfängers mit.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltung zur Regelung der Re- no sonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises, insbesondere zur Regelung einer in einem Überlagerungsempfänger erzeugten Oszillatorfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis elektrische Nebenschlüsse zu je einem Teil seines induktiven und kapazitiven Zweiges enthält . und daß Mittel vorgesehen sind, um die Widerstände dieser Nebenschlüsse gleichzeitig - in entgegengesetztem Sinne zu ändern, so daß sich die wirksame Induktivität und Kapazität

   des Kreises miteinander im gleichen Sinne ändern.
2. 2. Schaltung nach Anspruch ι zur Regelung der Resonanzfrequenz eines Parallelschwingungskreises, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden zwischen den äußeren Anschlußpunkten des Kreises parallel geschalteten Zweigen der eine mindestens zwei Induktivitätselemente und der andere mindestens zwei Kapazitätselemente enthält, von denen mindestens je ein Element durch einen zur Regelung dienenden Nebenschluß überbrückt ist.
3. 3, Schaltung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückten Elemente · ihrer Impedanz nach klein sind im Vergleich zu den nicht überbrückten Elementen der gleichen Art.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückten Impedanzelemente entgegengesetzter Art so bemessen sind, daß sie bei der ohne Anwendung der Nebenschlüsse sich ergebenden Resonanzfrequenz des Kreises im wesentlichen gleiche Wechselstromwiderstände besitzen.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenschlüsse zur Änderung der wirksamen Induktivität und Kapazität Entladungsröhren verwendet werden.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ■ der Entladungswiderstand der Röhren durch eine einer Steuerelektrode zugeführte Regelspannung verändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen